JP2007206643A - 光学素子駆動装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体露光装置の投影光学系において、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動する薄型の光学素子駆動装置、その光学素子駆動装置を有する露光装置、その露光装置を用いるデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】光軸と垂直な方向に変位するリニアアクチュエータの変位方向における両端に設けられた第１リンク機構に連結され、第１リンク機構によって取り出された変位を光軸方向に変換する第２リンク機構と、リニアアクチュエータの両端に設けられた第１リンク機構を弾性ヒンジを介して連結し、リニアアクチュエータと略平行に配置された固定リンクとを備える。弾性ヒンジは、光軸方向および変位方向の両方向と垂直な方向における固定リンクの中心線に対して所定のオフセットをもって取り付けられる。有害な他成分である偏芯が少なく、レンズの変形の少ない薄型の構成となり、光学素子を所望方向に精密に駆動できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクアライナやステッパ等の半導体露光装置の投影光学系において、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動する光学素子駆動装置に関する。
さらに、本発明は、その光学素子駆動装置を有する露光装置、その露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

半導体露光装置は、数多くの異なる種類のパターンを有する原版（レチクル）をシリコンウエハ（基板）に転写する装置である。
高集積度の回路を作成するためには、投影光学系の解像性能だけでなく重ね合せ精度の向上が不可欠である。
半導体露光装置における重ね合せ誤差はアライメント誤差、像歪み、および倍率誤差に分類される。アライメント誤差は、原版（レチクル）と基板（ウエハ）との相対位置調整によって軽減される。
一方、倍率誤差は、投影光学系の一部を光軸方向に移動させることによって調整可能である。
光軸方向に移動させる際には、移動方向以外の他成分、とりわけ平行偏心、および傾き誤差が大きくならないようにしなければならない。
また、像歪みは、投影光学系の一部を意図的に平行偏心あるいは傾き偏心させることにより、調整可能である。
従来、半導体露光装置用の光学素子、あるいは一般的な機械装置の駆動機構としては、以下のような技術が開示されている。

例えば、特開２００１−３４３５７５号公報（特許文献１）には、固定鏡筒に相当するアウタリングと、可動レンズ枠に相当するインナーリングの構造が開示されている。
この従来例は、レンズ駆動機構に相当する光学素子保持装置が、アウタリング上の相対角度１２０の位置に３組配置され、該駆動機構の変位出力部である連結アームが前記インナーリングに結合され、３組の駆動機構の出力変位を所望の値に制御する。
この制御により、前記可動レンズを光軸方向にシフト駆動するとともに、光軸と直交する２軸周りにチルト駆動可能となる。
さらに、駆動源であるピエゾアクチュエータと、剛体リンクと弾性ヒンジからなる変位拡大及び案内機能を有したフレクシャ機構を用いて、前記可動レンズと結合された連結アーム部をレンズの光軸方向に駆動する機構が開示されている。

また、特開２００２−１３１６０５号公報（特許文献２）には、固定鏡筒に相当する枠体と、可動レンズ枠に相当するレンズ枠体の構造が開示されている。
この従来例は、レンズ駆動機構に相当するフレクシャ機構が、枠体上の相対角度１２０の位置に３組配置され、該フレクシャ機構の変位出力部がレンズ枠体の突起部であるフレクシャ接合部に結合され、３組の駆動機構の出力変位を所望の値に制御する。
この制御により、前記可動レンズを光軸方向にシフト駆動するとともに、光軸と直交する２方向にシフト駆動し、さらに光軸と直交する２軸周りにチルト駆動可能となる。
さらに、水平方向駆動レバーと垂直方向駆動レバーの回動変位を、フレクシャ機構の変位出力部の水平及び垂直方向のシフト変位に変換する機構が開示されている。
特開２００１−３４３５７５号公報 特開２００２−１３１６０５号公報

しかし、上述の従来例には、以下のような欠点があった。
特開２００１−３４３５７５号公報（特許文献１）において開示された駆動機構は、アクチュエータとフレクシャ機構がレンズの光軸方向に並列配置される。
このため、固定鏡筒に相当するアウタリングの光軸方向の厚さが大きくなり、光軸方向に薄いレンズユニットに当機構を収納するのは困難である。
従って当機構を搭載するレンズユニットは、光軸方向に厚いユニットに限定されるため、投影光学系全体の収差低減最適化の自由度が制限される。
また、小さな入力源の発生変位を拡大し、大きなレンズの駆動範囲を得るため、システムの固有振動数が低下し、鏡筒に与えられる外部からの振動がレンズに伝わり易い。
このため、高い像性能を得るために、敏感度の高いレンズや、高速駆動を要求するレンズに適用しにくいと言う問題があった。
さらに、駆動源による力が、鏡筒を変形させ、可動部の位置を計測するセンサ取り付け部が変位し、所望の位置精度が得られないという問題があった。
特開２００２−１３１６０５号公報（特許文献２）において開示された駆動機構は、水平方向駆動レバーと垂直方向駆動レバーの先端変位を調整ワッシャと調整ボタンで調節するものであり、レンズの駆動変位を自動制御する構造とはなっていない。
また仮に、前記調整ワッシャと調整ボタンをピエゾアクチュエータ等に置き換えて自動調節可能な構造とすることはできるが、アクチュエータが光軸方向に張り出し、前記特許文献１と同様に光軸方向の厚さが大きくなってしまう。

そこで、本発明は、半導体露光装置の投影光学系において、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ等の光学素子を所望方向に精密に駆動する薄型の光学素子駆動装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記光学素子駆動装置を有し、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動する露光装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記露光装置を用い、より精密に半導体を製造できるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の光学素子駆動装置は、光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
光軸と垂直な方向に変位するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの変位方向における両端に設けられた第１リンク機構と、
前記第１リンク機構に連結され、前記第１リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第２リンク機構と、
前記リニアアクチュエータの両端に設けられた前記第１リンク機構を弾性ヒンジを介して連結し、前記リニアアクチュエータと略平行に配置された固定リンクとを備え、
前記弾性ヒンジは、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と垂直な方向における前記固定リンクの中心線に対して所定のオフセットをもって取り付けられることを特徴とする。

さらに、本発明の光学素子駆動装置は、光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
光軸と垂直な方向に変位するリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの変位方向における両端に設けられた第１リンク機構と、
前記第１リンク機構に連結され、前記第１リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第２リンク機構と、
前記第１リンク機構と前記第２リンク機構とを連結する弾性ヒンジとを備え、
前記弾性ヒンジは、光軸方向および変位方向の両方向と垂直な方向における前記第２リンク機構の中心性に対して所定のオフセットをもって取り付けられることを特徴とする。

さらに、本発明の露光装置は、前記光学素子駆動装置を有することを特徴とする。
さらに、本発明のデバイス製造方法は、前記露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の光学素子駆動装置によれば、リニアアクチュエータの両端に設けられた記第１リンク機構を弾性ヒンジを介して連結し、前記リニアアクチュエータと略平行に配置された固定リンクとを備える。
さらに、前記弾性ヒンジは、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と垂直な方向における前記固定リンクの中心線に対して所定のオフセットをもって取り付けられる。
このため、有害な他成分である偏芯が少なく、レンズの変形の少ない薄型の構成となる。
この結果、半導体露光装置の投影光学系において、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動できる。
さらに、本発明の光学素子駆動装置によれば、第１リンク機構と第２リンク機構とを連結する弾性ヒンジとを備える。
さらに、前記弾性ヒンジは、光軸方向および変位方向の両方向と垂直な方向における前記第２リンク機構の中心性に対して所定のオフセットをもって取り付けられる。
このため、有害な他成分である偏芯が少なく、レンズの変形の少ない薄型の構成となる。
この結果、半導体露光装置の投影光学系において、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動できる。

さらに、本発明の露光装置によれば、前記光学素子駆動装置を有するため、マスク、レチクルの像をウエハに投影露光する際、より正確な結像関係を得るために、レンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動できる。
さらに、本発明のデバイス製造方法によれば、上記露光装置を用いるため、より精密に半導体を製造できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置が適用される半導体露光装置の概略構成を説明する。
この半導体露光装置は、スリット照明下でレチクルをスキャン駆動し、これに同期して半導体ウエハをスキャン駆動しながら露光動作を行なう、スキャナ式露光装置である。
投影光学系１は、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を搭載した光学系である。
投影光学系１は、所定の光学パワーを有したレンズ、レンズの駆動機構、及びこれらを収納する固定鏡筒で構成されたものを個々のレンズユニットとし、複数のレンズユニットが積層されて１本の投影光学系１が構成される。
ベースフレーム３は投影光学系１を鏡筒定盤２に固定するためのフレームである。
ベースフレーム３が設置される床の振動が投影光学系１、さらに、その内部の各レンズに伝達しないように鏡筒定盤２とベースフレーム３は除振機構３aを介して締結される。
照明ユニット４は、原版であるレチクル５を種々の照明モードにて照明可能な構成となっている。
レチクルステージ６は、レチクル５をスキャン駆動する装置で、レチクル架台７はレチクルステージ６をベースフレーム３に固定するための架台である。
半導体ウエハ８は、感光剤が塗布されたウエハで、ウェハステージ９はウェハ８を保持する装置である。
ウェハステージ９は、ウエハ８の光軸方向の位置調整を行なうとともに、レチクルステージ６のスキャン動作に同期してウエハ８をスキャン制御する装置である。
基板に形成された回路等から成るレンズ制御手段１０は、所定の制御フローに従って本発明の実施例１の光学素子駆動装置を制御する手段である。
具体的には、気圧センサ等の各種センサ情報に基づいて計算された結果、及び予め記憶されたプログラムに基づいて、所定のレンズを調整駆動することで、投影光学系１の光学性能を最適化する。詳しくは図３及び図４にて説明する。

次に、図２を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を搭載した投影光学系１の一部を構成する光学素子、および本発明の実施例１の光学素子駆動装置を説明する。
光学素子および本発明の実施例１の光学素子駆動装置は複数個ずつ搭載される。
光学素子としては、本実施例１ではレンズが用いられる。
図２（ａ）はレンズ及びレンズ枠を取り除いた平面図、図２（ｂ）はレンズ及びレンズ枠を搭載した平面図、図２（ｃ）は断面図である。
図２（ａ）及び図２（ｃ）において、固定鏡筒１０１は、本発明の実施例１の光学素子駆動装置１１０及びレンズ位置検出手段を固定する平坦部１０１aと、上下に隣接する他のレンズユニットと結合するための側壁円筒部１０１ｂを有する。
本発明の実施例１の光学素子駆動装置１１０は、同一の駆動機構３組から成り、固定鏡筒１０１の底面平坦部１０１ａに設置される。
レンズ位置検出手段１０２は、レンズ枠の光軸方向変位及び光軸と直交する半径方向変位を検出する手段で、半導体レーザを用いた干渉型測長器、静電容量変位計、リニアエンコーダ、差動トランス変位計など要求精度に応じて適宜用いられる。
図２（ｂ）は、レンズとレンズ枠を搭載した状態を示した図で、レンズ１０３を収納するレンズ枠１０４には上面６箇所にフランジ状の突起であるフランジ部が設けられる。
その内の３箇所のフランジ部は、光学素子駆動装置１１０の変位出力部にレンズ枠取り付けネジ１０５を用いて締結される。
なお、３箇所の光学素子駆動装置１１０の高さを、光学素子駆動装置１１０とレンズ枠の間に設けたスペーサ(不図示)によって相対的に同一にすることで、レンズ枠に、さらにはレンズに不要な変形を伝えないことも可能である。
また、フランジ部の他の３箇所はレンズ枠変位検出用のターゲットとして利用される。
その本実施例１の構成を図２（ｃ）を参照して説明するが、レンズ位置検出手段１０２にレーザ干渉型の変位センサを用いる。
この本実施例１は、レンズ１０３の光軸方向と半径方向に検出用レーザビームを投射し、その反射光の干渉情報から、レンズ枠１０４の３箇所（フランジ部近傍）の光軸方向（Ｚ方向）及び半径方向の変位を検出する。

以上の構成において、３組の光学素子駆動装置１１０を等量だけ駆動するとレンズ１０３を光軸方向、すなわち図２（ｃ）に示したＺ軸方向に並進駆動することができる。
また、３組の光学素子駆動装置１１０の駆動量に所定の差を設けることで、図２（ｂ）に示したθａ及びθｂ方向のチルト駆動が可能である。
この際、位置検出手段１０２の光軸方向の出力をフィードバックすることで、レンズ１０３の並進及びチルト駆動量を正確に制御できる。
また、位置検出手段１０２の半径方向の出力をモニタすることで、レンズ１０３の光軸に直交した平面内での平行偏心に伴う像のシフト量を計算する。
この計算結果を、図１に示したウェハステージの駆動量に加味することで、レンズ偏心に伴うレチクル像のアライメント誤差を解消する。

次に、図５の構成詳細図を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を説明する。
図５（ｂ）はレンズの光軸方向上方から俯瞰した平面図、図５（ｄ）はレンズ中心から見た側面図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、図示のように定義する。
図２にも示される固定鏡筒１０１は平坦部１０１ａを有する。
第１リンク機構である駆動機構本体５１１は、単一の金属ブロックから成り、ワイヤ放電加工及び切削加工にて形成されたリンク機構を構成する。
積層型ピエゾアクチュエータ５１２は、電歪素子と電極が交互に積層された駆動源が伸縮可能な密閉型円筒容器内に封入され、Ｘ軸方向の全長が印加電圧に略比例して増加する。
ピエゾ調整ネジ５１３は、アクチュエータ１１２の寸法誤差を補正し、かつ、与圧を与えるための部品で、駆動機構本体５１１とアクチュエータ５１２の間に介在される。このピエゾ調整ネジ５１３は不図示のナットにより固定される。
図５、図９（ａ）に示される本実施例１では、ピエゾ調整ネジ５１３で、鋼球５１８を介してピエゾアクチュエータ５１２を押し進め、調整している。
しかし、図９（ｂ）に示されるように、ピエゾ受けリンク５１１ｒと弾性ヒンジＨ５６を別部品とし、その部品をピエゾ調整ネジ５１３で押し進める構成としても良い。
なお、ピエゾアクチュエータ５１２の端面とピエゾ受けリンク５１１ｑ、５１１ｒの間の内、少なくともいずれか一方は、鋼球５１８とコーン形状５１９で接触する。
この接触により、ピエゾアクチュエータ５１２にかかる曲げモーメントによる破損を防止する。
第２リンク機構である方向変換部材５１５は、ピエゾアクチュエータ５１２から駆動機構本体５１１に伝達された出力変位をＺ軸方向に変換する部材である。
変換部材結合ネジ５１６は、駆動機構本体５１１の変位出力部である連結リンク５１１ｅ及び５１１ｆと、方向変換部材５１５の変位入力部である水平リンク５１５ａ及び５１５ｂを結合する部材である。
変換部材取り付けネジ５１７は、固定鏡筒１０１に対して方向変換部材５１５の上面側よりネジ締結される。
方向変換部材５１５のＸ軸方向長さをより短くするために、この変換部材取り付けネジ５１７を固定鏡筒１０１の裏面（下部）から取り付けても良い。
図５（ｄ）では、駆動機構本体５１１の下面一部で固定鏡筒１０１に取り付けられている。
この理由は、ピエゾアクチュエータ５１２による駆動力が固定鏡筒１０１に伝わり、不要な変形を発生させ、さらには位置検出手段１０２の誤出力につながるのを軽減するためである。

次に、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を構成する駆動機構本体５１１と方向変換部材５１５の製作方法を説明する。
まず、駆動機構本体５１１は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから成り、リンク機構の外形部をワイヤ放電加工により形成する。
次に、穴あけ加工機を用いて、中央のネジ用丸穴を加工したのち、両側の腕部側面から取付ネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。
最後にピエゾ調整ネジ５１３を装填するための調整ネジ穴５１１ｍをネジ加工し、加工が完了する。
次に、方向変換部材５１５は、母材となる所定厚さの板状金属ブロックから成り、リンク機構の外形部及びスリット部をワイヤ放電加工により形成する。
次に、穴あけ加工機を用いて、図５（ｂ）の中央に示したレンズ枠取付ネジ穴５１５ｊの下穴を加工したのち、両側側面から取り付けネジ穴の下穴およびネジの逃げ穴を加工する。
最後にレンズ枠取り付けネジ穴５１５ｊと、水平リンク５１５ａ及び５１５ｂの下穴にネジ加工し、加工が完了する。

次に、図５を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置の組み立て手順を説明する。
まず、方向変換部材５１５の２箇所の窓部に対して駆動機構本体５１１の両側腕部を挿入し、両者を図５（ｂ）に示したように変換部材結合ネジ５１６にて結合する。
次に、駆動機構本体５１１の中央空間にピエゾアクチュエータ５１２を装填する。
次に、ピエゾ調整ネジ穴５１１ｍの右側からピエゾ調整ネジ５１３をねじ込んでピエゾアクチュエータ５１２の底部５１２ｂを左方向に押す。
これにより、ピエゾアクチュエータ５１２の出力端５１２ａをリンク機構のピエゾ受けリンク５１１ｑの右端面に圧接させる。
これでピエゾアクチュエータ５１２の装着が完了する。
最後に駆動機構取り付けネジ（不図示）と変換部材取り付けネジ５１７を用いて、上記リンク機構を固定鏡筒１０１にネジ止めし、組み立てが完了する。

以下、図５、図６を用いて本発明の実施例１の光学素子駆動装置の動作原理について説明する。
まず、図６を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を構成する駆動機構本体５１１及び方向変換部材５１５のリンク動作を説明する。
ここで、駆動機構本体５１１は平面図を模式化したもの、方向変換部材５１５は側面図を模式化したものである。
ピエゾアクチュエータ５１２の右端底部に設けられた２本の電極端子に所定電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ５１２の全長ＬはＸ軸方向にｄＬだけ伸張する。
このため、図６（a）に示しされるように、一方のピエゾ受けリンク５１１ｑは左方にｄＸ１＝ｄＬ／２だけ、他方のピエゾ受けリンク５１１ｒは右方にｄＸ２＝ｄＬ／２だけ変位する。
これにより、ヒンジＨ５２及びＨ５７を中心に回動可能に構成され、Ｙ軸方向に延伸した変位取り出しリンク５１１ａ及び５１１ｂは、Ｚ軸まわりに所定の微小角度だけ回動する。
この結果、連結リンク５１１ｅはｄＸ３だけ変位し、連結リンク５１１ｆはｄＸ４だけ変位する。
ここで、リンク５１１ａと５１１ｂの長さを図６（ａ）に示されるように定義する。
この定義により、連結リンク５１１ｅ及び５１１ｆの変位量はピエゾアクチュエータ５１２によりピエゾ受けリンク５１１ｑ及び５１１ｒに与えられる変位量ｄｘ１、ｄｘ２の各々は約ｂ／ａ倍に拡大される。
ここで、この倍率を、駆動機構本体５１１の幾何倍率と呼び、αと定義する。
また、変位取り出しリンク５１１ａ及び５１１ｂの撓み等の変形により倍率が低下し、駆動ロスにつながるため、設計には十分注意する必要がある。

上記連結リンク５１１ｅ及び５１１ｆのＸ軸方向の変位は、図６（ｂ）に示したように、方向変換部材５１５の水平リンク５１５ａ及び５１５ｂに伝達される。
このため、Ｘ軸に対してθの角度に配置された方向変換リンク５１５ｃ及び５１５ｄが回動し、レンズ枠駆動リンク５１５ｇをＺ軸方向にｄＺ５だけ上昇させる。
Ｚ軸方向変位ｄＺ５は、水平リンク５１５ａ及び５１５ｂの変位の概ね平均値のcotθ倍の変位となる。
ここで、この倍率を方向変換部材５１５の幾何倍率と呼び、βと定義する。
駆動機構本体５１１と方向変換部材５１５を組み合わせた本機構全体の幾何倍率γは、両機構の幾何倍率の積（γ＝α×β）で表わすことができる。
ピエゾアクチュエータ５１２のわずかな発生変位ｄLから大きな変位を取り出し、広範囲な光学素子の駆動量を実現するには、α、及び/またはβを大きくとるのが望ましい。
αを大きく取るには図６（ａ）に示されるａを小さくし、ｂを大きくする必要があり、βを大きくとるにはθを小さくとることが好適である。
しかし、ｂを大きくすると固定鏡筒１０１の大型化（大きな直径）につながり、設計上制約がある。
また、拡大率を大きくとると、駆動機構の固有振動数の低下につながり、例えば鏡筒外部からの振動をレンズに伝え、像性能を悪化させる原因になり、駆動速度の低下につながるため、配慮が必要である。
レンズ駆動目的の本発明の実施例１の光学素子駆動装置の場合、この合成幾何倍率γは、0.7以上2以下でとるのが、特に振動特性上好ましい。
また、Z軸方向のスペースの点から、方向変換部材５１５の方向変換リンク５１５ｃ及び５１５ｄのX軸となす角θは３０から６０度の間でとることが好適である。
この場合、幾何倍率βはおよそ０．５７から１．７２の間を取ることになる。

本発明の実施例１の光学素子駆動装置の場合、ピエゾアクチュエータ５１２により駆動機構体５１１に変位が与えられると、弾性ヒンジＨ５２及びＨ５７を概略中心に変位取り出しリンク５１１ａ、及び５１１ｂが回転運動する。
このため、ピエゾアクチュエータ５１２はわずかにＹ軸方向に移動する。
図５及び図１４に示すように、駆動機構体５１１の固定リンク５１１ｈの下面中央部にて固定鏡筒１０１にネジ固定した場合、ピエゾアクチュエータ５１２の発生変位に伴い、連結リンク５１１ｅ及び５１１ｆがＹ軸方向に並進運動する。
このため、結果的に方向変換部材５１５のレンズ枠駆動リンク５１５ｇがＹ軸方向に並進運動することになる。
図２に示したように、光学素子駆動装置１１０はレンズ枠１０４に対して略均等に３個連結されるため、上記で示したようなＹ軸方向の並進運動は、レンズ枠を歪め、結果的にレンズの変形を招く。
このため、３個の光学素子駆動装置１１０のＹ軸方向変位量がそれぞれ異なる場合、レンズの平行偏芯となり、像性能が悪化する。
レンズ枠駆動リンク５１５ｇの有害なＹ方向並進運動を軽減するために、駆動機構本体５１１の固定リンクを非固定とする。
この理由は、駆動機構体５１１が方向変換部材５１５を中心にＸ軸周りの自由度を有するため、低い固有振動数持つ結果となり、外乱振動抑制上好ましくないからである。

上記の点を考慮して、駆動機構体５１１の固定リンクをＹ、θＸ、軸方向に自由度を持たせ、Ｘ，Ｚ、θｙ、θｚ軸方向は高いばね定数で支持したガイド５１１Ｖを取り付けた例である。
本実施例１の光学素子駆動装置１１０の場合、特にＹ軸方向の並進剛性は、他の並進剛性（Ｘ軸方向、Ｚ軸方向）に比べ、それぞれ3倍以上低く、Ｘ軸周りのねじれ剛性は他の２軸（Ｙ軸、Ｚ軸）方向周りのねじれ剛性に比べて3倍以上低く設計してある。
これにより、レンズ変形に対して有害な力を発生させることなく、またかつ有害な駆動機構のローカルモードの低い固有振動数を発生させることなく、可動部（レンズおよびレンズ枠）を駆動させることができる。
ガイド５１１Ｖは、レンズ変形への影響をさらに軽減する目的で、スリットなどを設け、他の軸方向の剛性をさらに下げても良いが、上記の剛性比の範囲を超えてはならない。
レンズ枠駆動リンク５１５ｇの有害なＹ軸方向の並進運動は、弾性ヒンジの配置を工夫することでも抑制することが出来る。
Ｙ軸方向の偏芯量を抑制するのに最も有効な弾性ヒンジの内の一つは、駆動機構本体５１１の変位取り出しリンクの回転中心をつかさどる弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７である。
不要な変形を最小にするためには、弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７は固定リンク５１１ｈのＸ方向に伸びる中心線上に配置するのが良い。
図５に示されるように、中心線より方向変換部材５１５側にシフトすると、固定リンク５１１ｈは、ピエゾアクチュエータ５１２の変位発生に従い、プラスＹ方向に凸に撓み易くなる。
この結果、レンズ枠駆動リンク５１５ｇがマイナスＹ方向に変位し易くなる。

図５に示される実施例とは、逆に、弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７が固定リンク５１１ｈのＸ軸方向に伸びた中心線よりプラスＹ方向位置に配置された場合は、固定リンク５１１ｈは、駆動に伴いプラスＹ方向に対して凹に撓み易い。
この結果、レンズ枠駆動リンク５１５ｇがプラスＹ方向に変位し易くなる。
上述のように、このようなレンズ枠駆動リンク５１５ｇのＹ方向変位は、レンズ枠、およびレンズの変形を生じさせ、光軸からの並行偏芯を生じさせるため、像性能の悪化を招く恐れがある。
本発明の実施例１の光学素子駆動装置の場合、弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７を中心にした回転運動を方向変換部材５１５に伝える構成であるため、レンズ枠駆動リンク５１５ｇはＹ軸方向に変位し易い機構となる。
この量および方向は、駆動機構本体５１１の弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７の配置ａ、ｂの値や、各弾性ヒンジのばね定数によって変わるため、有限要素解析法等を用いて詳細に傾向をつかむ必要がある。
最終的に上記レンズ枠駆動リンク５１５ｇのＹ方向変位を最小化するために、先に述べた弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７を固定リンク５１１ｈの中心線からオフセットさせる方法によって調節することが有効である。
但しこのオフセットによりａおよびｂの値が変わるため、倍率が変わる点に注意が必要である。固定リンク５１１ｈの幅をｗ１、中心線からのオフセット量をｅ１とすると、ｅ１の取り得る範囲として、
−０．４５×ｗ１＜ｅ１＜０．４５×ｗ１
の間が、応力や、変形による剛性のロスの観点から望ましい。
Ｙ軸方向の偏芯量を抑制するのに最も有効な弾性ヒンジの他の例は、駆動機構本体５１１の弾性ヒンジＨ５３、Ｈ５８である。
これらの弾性ヒンジＨ５３、Ｈ５８は、基本的に、方向変換部材５１５のＸ軸方向に伸びた中心線上に配置することが好適である。
しかし、これら弾性ヒンジＨ５３、Ｈ５８も先の弾性ヒンジＨ５２、Ｈ５７と同様、オフセットさせることで、レンズ枠駆動リンク５１５ｇの有害なＹ軸方向の並進量をコントロールすることができる。

次に、図７の部分拡大図を参照して、本発明の実施例１の光学素子駆動装置を構成する駆動機構本体５１１の連結リンク５１１ｅを説明する。
方向変換部材５１５の中心線からｅ２だけオフセットした位置に弾性ヒンジＨ５３が配置される。他方の弾性ヒンジＨ５８も同様にオフセットさせる必要がある。
なお、図５ではオフセットしていない実施例が示される。但し、このオフセットにより、ｂの値が変わるため、倍率が変わる点に注意が必要である。
方向変換部材５１５の幅をｗ２、中心線からのオフセット量をｅ２とすると、ｅ２の取り得る範囲として、−０．１×ｗ２＜ｅ２＜０．１×ｗ２の間であることが好適である。
この理由は、応力、変形による剛性のロスを防止する観点、さらに変換部材結合ネジ５１６用の穴との干渉を防止する観点からである。

次に、図８を参照して、オフセットｅ２と本発明の実施例１の光学素子駆動装置の単体の直動精度のシミュレーション結果を説明する。
直動精度とは、本発明の実施例１の光学素子駆動装置の単体で所望の量だけ、Ｚ方向駆動した際に、レンズ枠駆動リンク５１５ｇがＹ軸方向に変位する量をいう。
ここで、基本的にＹ軸対称の機構であるため、Ｘ軸方向に有害な変位はシミュレーション上は発生しない。
図８に示されるように、本発明の実施例１の光学素子駆動装置の場合、オフセット量ｅ２が０．８ｍｍで直動精度が1nm以下となり、最適なパラメータとなる。
このｅ２の最適な値は、弾性ヒンジの配置や、形状を決めるパラメータによって大きく変わるため、その都度シミュレーションによって求めなおす必要がある。
これまでの経験から、上記のような関係式の配置の間に最適値が求められることが明らかとなっている。

以上説明したように、ピエゾアクチュエータ５１２の伸張に伴ってレンズ枠駆動リンク５１５ｇがＺ方向に変位するが、レンズ枠駆動リンク５１５ｇはＺ方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向には変位しないことが望ましい。
そこで、このような特性を実現するために、以下のような補助リンクが設けられる。
まず、レンズ枠駆動リンク５１５ｇのＸ軸方向の移動を規制するため、その左右両側にサポートリンク５１５ｅ及び５１５ｆが連結される。
このリンクにより、レンズ枠駆動リンク５１５ｇはＺ軸方向の変位自由度は有するが、Ｘ軸方向の自由度は規制される。
また、レンズ枠駆動リンク５１５ｇのＹ軸方向の移動を規制するため、他のサポートリンク５１５ｓ及び５１５ｔが設けられる。
サポートリンク５１５ｓ及び５１５ｔは水平リンク５１５ａ及び５１５ｂの中央寄りに配置され、水平リンク５１５ａ及び５１５ｂのＸ軸方向の自由度を維持したまま、Ｙ軸方向の自由度を規制する。
水平リンク５１５ａ及び５１５ｂのＹ軸方向の規制効果は、方向変換リンク５１５ｃ及び５１５ｄを介してレンズ枠駆動リンク５１５ｇに伝達される。
以上の構成により、レンズ枠取り付けリンク５１５ｇ上のネジ穴５１５ｊの領域はＺ方向のみに変位し、Ｘ方向及びＹ方向への自由度が規制されるため、レンズ枠１０４をＺ方向に正確に駆動することができる。

図３の制御ブロック図を参照して、図１に示した半導体露光装置の露光動作やレンズ駆動動作の制御を説明する。
本体ＣＰＵ２１は露光装置全体の動作を制御するＣＰＵである。マウント制御手段３１は鏡筒マウント３の除振動作を制御する手段である。照明制御手段４１は照明ユニットの照明モードや光量を制御する手段である。レチクルステージ制御手段６１はレチクルステージの駆動制御を行なう手段である。ウェハステージ制御手段９１はウェハステージ９の駆動制御を行なう手段である。
レンズ制御手段１０は、複数のレンズＣＰＵ１１を有し、各レンズＣＰＵ１１は図２に示した１個のレンズの駆動制御を行なう。
各レンズＣＰＵ１１には、３個のピエゾドライバ１２が接続される。各ピエゾドライバ１２は、図２に示される３組の本発明の実施例１の光学素子駆動装置１１０に内蔵された各ピエゾアクチュエータ１１２を駆動する。
また、各レンズＣＰＵ１１には６個のレンズ位置検出手段１０２が接続され、レンズ位置検出手段１０２は図２に示されるレンズ位置検出手段１０２と同一である。
６個のレンズ位置検出手段１０２の内、３個のレンズ位置検出手段１０２はレンズ枠１０４の光軸方向、すなわちＺ軸方向の変位を検出し、残り３個のレンズ位置検出手段１０２はレンズ枠１０４の半径方向の位置を検出する。
他のレンズＣＰＵ１１も同様にピエゾドライバ１２とレンズ位置検出手段１０２が接続される。

次に、図４を参照して、前述の各レンズＣＰＵ１１の制御フローを説明する。
ステップＳ１０１では、本体ＣＰＵ２１との通信により、レンズ駆動ルーチンの実行を開始する。
ステップＳ１０３では、本体ＣＰＵ２１より、駆動対象となるレンズの駆動波形に関するルックアップテーブルを読み込む。
このテーブルには、照明モードによるレンズ駆動位置の補正量の補正パラメータが含まれる。
さらに、レチクルスキャン駆動に伴って発生するレチクル像の各種収差を実時間で補正するための駆動波形、照明光がレンズに吸収されて発熱することによるレンズの光学特性変化を補正するための補正量等の各種補正パラメータが含まれる。
ステップＳ１０５では、不図示の気圧センサ出力よりレンズを取り巻く環境気体の気圧を検出し、その屈折率変動によるレンズ位置補正量を算出する。
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５で取得した情報から、図２に示したレンズ１０３のＺ軸方向の並進駆動波形、及びθａ及びθｂ方向のチルト駆動波形を創生する。
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０７で創生した３種類のレンズ駆動波形を、図２に示した３組の本実施例１の光学素子駆動装置１１０のＺ方向駆動波形Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃに変換する。
ステップＳ１１１では、本体ＣＰＵ２１と通信し、レンズ駆動開始指令を待つ。
この開始指令が未受信のときはステップＳ１１１で待機し、この開始指令を受信したときにステップＳ１１３に移行する。
ステップＳ１１３では３組の本実施例１の光学素子駆動装置１１０をステップＳ１０９にて作成した駆動波形にて駆動制御すべく、レンズ位置検出手段１０２の出力をモニタしながら、ピエゾドライバ１２を駆動制御する。
ステップＳ１１５で１回のレンズ駆動が終了し、リターンする。
以上のフローを実行することで、図２に示されるレンズ１０３を所望の波形で駆動制御する。
しかし、同様の制御を他のレンズでも行なうことで、図１に示される投影光学系１全体の結像性能を最適化し、レチクル５の像をウエハ８の上に正確に投影することができる。
なお、本実施例では積層ピエゾアクチュエータを駆動手段として用いたが、モータとボールネジを組み合わせた直動機構を用いてもよい。

以上説明した本発明の実施例１の光学素子駆動装置は、以下の効果を奏する。
（１-１）第１の方向に延伸した積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段を用い、第１の方向と直交する第２の方向にリンク機構を配置する。
このリンク機構は第１の方向に生じたアクチュエータの出力変位を前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向に変換する機構である。
第２の方向のリンクには、支点、力点、作用点の順に並んだ弾性ヒンジを持ち、前記支点の弾性ヒンジは、その支持部材の取り付け幅Ｗ１の中心からオフセットｅ１し、その値は−０．４５×Ｗ１＜ｅ１＜０．４５×Ｗ１の範囲である。
このため、有害な他成分である偏芯が少なく、レンズの変形の少ない薄型の構成となる。
（１-２）第１の方向に延伸した積層ピエゾアクチュエータ等の駆動手段を用い、第１の方向と直交する第２の方向にリンク機構を配置する。
このリンク機構は前記第１の方向に生じたアクチュエータの出力変位を前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向に変換する機構である。
第２の方向のリンクには、支点、力点、作用点の順に並んだ弾性ヒンジを持ち、前記作用点の弾性ヒンジは、第３の方向に変換する機構の幅Ｗ２の中心からオフセットｅ２しており、その値は−０．１×Ｗ２＜ｅ２＜０．４５×Ｗ２の範囲である。
このため、有害な他成分である偏芯が少なく、レンズの変形の少ない薄型の構成となる。

次に、図１０及び図１１を参照して、露光装置を利用したデバイス製造方法の本発明の実施例２を説明する。
図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。
ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。
ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。
ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３ではウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明は、限られた空間内でレンズ、ミラー等の光学素子を所望方向に精密に駆動する薄型の光学素子駆動装置で、さらに、上記光学素子駆動装置を有する露光装置、さらに上記露光装置を用いるデバイス製造方法である。

本発明の実施例１の光学素子駆動装置を搭載する半導体露光装置の全体図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置をレンズ駆動装置に応用した図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の制御ブロック図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の制御フロー図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の構造図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の動作説明図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の部分拡大図である。 オフセットと本発明の実施例１の光学素子駆動装置の直動精度のシミュレーション結果の説明図である。 本発明の実施例１の光学素子駆動装置の部分詳細図である。 本発明の実施例２の半導体デバイスの製造プロセスを示す図である。 図１０のウェハプロセスの詳細を示す図である。

符号の説明

１ 投影レンズ
１０ レンズ制御手段
１１ レンズＣＰＵ
１２ ピエゾドライバ
２１ 本体ＣＰＵ
１０１ 固定鏡筒
１０２ レンズ位置検出手段
１０３ レンズ
１０４ レンズ枠
１１０ 光学素子駆動装置
５１１ 駆動機構本体
５１３ ピエゾ調整ネジ
５１１ａ、５１１ｂ 変位取り出しリンク
５１５ｃ、５１５ｄ 方向変換リンク
５１５ｇ レンズ枠駆動リンク
５１１ｑ、５１１ｒ 変位取り出しリンク

Claims (8)

1. 光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
   光軸と垂直な方向に変位するリニアアクチュエータと、
   前記リニアアクチュエータの変位方向における両端に設けられた第１リンク機構と、
   前記第１リンク機構に連結され、前記第１リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第２リンク機構と、
   前記リニアアクチュエータの両端に設けられた前記第１リンク機構を弾性ヒンジを介して連結し、前記リニアアクチュエータと略平行に配置された固定リンクとを備え、
   前記弾性ヒンジは、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と垂直な方向における前記固定リンクの中心線に対して所定のオフセットをもって取り付けられることを特徴とする光学素子駆動装置。
2. 前記オフセット量ｅ１は、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と前記垂直な方向における固定リンクの幅をｗ１としたときに、
   −０．４５×ｗ１ ＜ ｅ１ ＜ ０．４５×ｗ１
   で表されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子駆動装置。
3. 前記第１リンク機構と前記第２リンク機構は第２の弾性ヒンジによって連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子駆動装置。
4. 前記第２の弾性ヒンジは、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と前記垂直な方向における前記第２リンク機構の中心性に対して所定のオフセットをもって取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の光学素子駆動装置。
5. 前記オフセット量ｅ２は、前記光軸方向および前記変位方向の両方向と前記垂直な方向における前記第２リンク機構の幅をｗ２としたときに、
   −０．１×ｗ２ ＜ ｅ２ ＜ ０．１×ｗ２
   で表されることを特徴とする請求項４に記載の光学素子駆動装置。
6. 光学素子を光軸方向に駆動する光学素子駆動装置であって、
   光軸と垂直な方向に変位するリニアアクチュエータと、
   前記リニアアクチュエータの変位方向における両端に設けられた第１リンク機構と、
   前記第１リンク機構に連結され、前記第１リンク機構によって取り出された変位を前記光軸方向に変換する第２リンク機構と、
   前記第１リンク機構と前記第２リンク機構とを連結する弾性ヒンジとを備え、
   前記弾性ヒンジは、光軸方向および変位方向の両方向と垂直な方向における前記第２リンク機構の中心性に対して所定のオフセットをもって取り付けられることを特徴とする光学素子駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか記載の光学素子駆動装置を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７記載の露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。

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